DE970711C

DE970711C - Gas turbine system for generating hot compressed air

Info

Publication number: DE970711C
Application number: DEP7757A
Authority: DE
Inventors: John Constantine Grey
Original assignee: Power Jets Research and Development Ltd
Current assignee: Power Jets Research and Development Ltd
Priority date: 1951-06-08
Filing date: 1952-06-01
Publication date: 1958-11-13
Also published as: GB723419A

Description

AUSGEGEBEN AM 13. NOVEMBEH1958ISSUED NOVEMBEH, 1958

P 7757 Ia/46 fP 7757 Ia / 46 f

ist in Anspruch genommenis used

Die Erfindung betrifft Gasturbinenanlagen zur Erzeugung eines kontinuierlichen Heißdruckluftstromes. The invention relates to gas turbine systems for generating a continuous flow of hot compressed air.

Ein Hauptanwendungsgebiet soldier Anlagen ist die Heißwindbelieferung¹ von Hochöfen, oder sonstigen Schmelzöfen; doch kommen auch andere Anwendungsgebiete in Betracht, beispielsweise chemische Verfahren, bei denen eine kontinuierliche Förderung von heißer Druckluft benötigt wird, to Ein moderner Hochöfen muß kontinuierlich mehrere Jahre lang in Betrieb sein und kann nahezu 45 kg/sec erhitzter Luft, beispielsweise von 650⁰ C und mit einem Druck von etwa i 2 kg/cm², verbrauchen. Zur Zeit ist es durchaus üblich, in Stahlwerken nahezu die Hälfte des Hochofengases für den Antrieb der Geblase und für das Erwärmen der Luft zu benutzen. Der Grundbrennstoff für derartige Werke ist KdkSj so daß selbst eine kleine Verbesserung des Wirkungsgrades der Gebläseanlagen eine erhebliehe Einsparung an Koks zur Folge hat. In den modernen Stahlwerken besteht die Gebläseanlage aus Zentrifugalgebläse», welche über Dampfturbinen angetrieben werden, während die Luftvorwärmung in großen Regenerativerhitzern, be- ajj kannt als Cowperwinderhitzer, vor sich geht.A main area of application of these systems is the supply of hot ^{blast 1} from blast furnaces or other melting furnaces; but other areas of application into consideration, for example, chemical methods in which a continuous production is required of hot compressed air coming to A modern blast furnaces must continuously for several years in operation and may be almost 45 kg / sec heated air, for example from 650 ⁰ C. and with a pressure of about i 2 kg / cm ² , consume. At the moment it is quite common to use almost half of the blast furnace gas in steelworks to drive the blower and to heat the air. The basic fuel for such works is KdkSj so that even a small improvement in the efficiency of the fan systems results in a considerable saving in coke. In modern steelworks, the blower system consists of centrifugal blowers, which are driven by steam turbines, while the air is preheated in large regenerative heaters, known as cowper winders.

809 654/22809 654/22

Die Hilfsanlage besteht daher oft aus a) drei Regenerativwinderhitzern, von denen zwei normalerweise in Betrieb sind und einer als Reserve dient, und zwar je mit Gebläsen und Umschaltventilen, b) zwei Dampfkesseln, einer in Betrieb und einer als' Reserve, c) einem Kondensatordampfturbogebläse, d) einem Kühlturm, wenn keine ausreichende Wasserbelieferung zur Verfügung steht. Der in den letzten Jahren erfolgte Fortschritt ίο im Bau von Gasturbinen veranlaßt, den Ersatz von solchen Hochofenwindgebläseeinrichtungen durch Gasturbinenanlagen zu betrachten. Es sind Vorschläge bekanntgeworden, die Zentrifugalgebläse von eimer Gasturbine statt einer Dampfturbine antreiben zu lassen, ferner Brenngase, nachdem sie etwas in einer Gasturbine entspannt worden sind, als Heißwind auszunutzen und schließlich einen Luftverdichter in einer Zwischenstufe anzuzapfen oder den Ausgang eines Luft-Verdichters zu unterteilen, um einen Luftstrom zu erzeugen, welcher später als Heißwind zur Anwendung kommt. Derartige Vorschläge haben die Cowperwinderhitzer beibehalten., wenn auch andererseits verschiedene abweichende Erhitzerausführungsformen vorgeschlagen und bekannt wurden. D.ie meisten bekannten Vorschläge betrafen verwickelte Arbeitskreisläufe mit Zweiwellenanlagen. Um wirtschaftlich zu sein, erscheint es jedoch erforderlich, daß Gasturbinenanlagen für die Belief erung eines Hochofens mit Wind nicht nur die Regenerativerhitzer entbehrlich machen müssen, sondern daß sie eine ebenso gute Liefercharakteristik aufweisen müssen wie die jetzt benutzten, von Dampfturbinen angetriebenen Gebläse. Sie müssen ferner ein gutes Teillastverhalten haben, anpassungsfähig im Betrieb und schließlich so einfach wie möglich sein. Die Erfindung geht aus von einer Gasturbinenanlage für die Erzeugung eines kontinuierlichen Heißdruckluftstromes, z. B. eines Hochofenheißwindes, bestehend aus einer Strömungsverdichtereinrichtung, deren Fördermenge stromabwärts derselben in verschiedene Ströme aufgeteilt wird, aus einem kontinuierlich betriebenen indirekten Luftwärmer zur Erhitzung des einen Teilluftstromes, der als heiße Nutzdruckluft der Anlage entnommen wird, aus einer-Wärmequelle für den Luftwärmer, aus wenigstens einer Brennkammer, welche durch den anderen Teilluftstrom mit Brennluft versorgt wird, und aus einer Gasturbine, in welcher die Verbrennungsgase der Brennkammern entspannt werden und welche den Verdichter antreibt. Die Erfindung besteht in erster Linie darin, daß eine Nutzluftturbine vorgesehen ist, in welcher die Nutzdruckluft auf einen beträchtlich unter dem Druck der Verbrennungsluft liegenden Druck entspannt wird, und daß die Aufteilung der verdichteten Luft in verschiedene Teilluftströme zwischen dem Verdichter und der Gasturbine vorgenommen wird. Die Anordnung von Luftturbinen an Gasturbinen mit Nutzdruckluftentnahme, in. welcher die Nutzdruckluft auf den Verbrauchsdruck entspannt wird, ist an sich bekannt und ist für sich allein nicht Gegenstand der Erfindung. Vielmehr steht die Anordnung dieser Luftturbine nur in Verbindung mit den übrigen Merkmalen des An-Spruchs ι unter Schutz.The auxiliary system therefore often consists of a) three regenerative heaters, two of which are normally are in operation and one serves as a reserve, each with fans and switching valves, b) two steam boilers, one in operation and one as a reserve, c) a condenser steam turbo fan, d) a cooling tower if there is insufficient water supply. The progress made in recent years ίο in the construction of gas turbines prompted the replacement of such blast furnace wind blower devices through gas turbine plants. There are Proposals have become known, the centrifugal fan of bucket gas turbine instead of a steam turbine to let drive, also fuel gases after they relax something in a gas turbine have been used as a hot blast and finally an air compressor in an intermediate stage to tap or to subdivide the output of an air compressor to create an airflow generate, which is later used as a hot blast. Such proposals have the Cowperwinderheater retained, albeit on the other hand various different heater designs proposed and known. Most of the known suggestions were involved Working cycles with two-shaft systems. In order to be economical, however, it appears necessary that gas turbine systems for the supply are required a blast furnace with wind not only have to make the regenerative heater superfluous, but that they must have just as good delivery characteristics as those now used by steam turbines powered fan. They must also have good part-load behavior, adaptable in operation and finally be as simple as possible. The invention is based on a gas turbine system for the generation of a continuous stream of hot compressed air, e.g. B. a blast furnace hot wind, consisting of a flow compressor device, the delivery rate of which is downstream the same is divided into different streams, from a continuously operated indirect Air heater for heating one part of the air flow, which is used as hot usable compressed air in the system is taken from a heat source for the air heater, from at least one combustion chamber, which is supplied with combustion air by the other partial air flow, and from a gas turbine, in which the combustion gases of the combustion chambers are expanded and which drives the compressor. The invention consists primarily in the fact that a utility air turbine is provided in which the usable compressed air is expanded to a pressure which is considerably below the pressure of the combustion air is, and that the division of the compressed air into different partial air flows between the compressor and the gas turbine. The arrangement of air turbines on gas turbines with usable compressed air extraction, in which the usable compressed air is expanded to the consumption pressure is known per se and is not in itself the subject of the invention. Much more the arrangement of this air turbine is only in connection with the other features of the claim ι under protection.

Die Luftturbine kann auch zum Verdichterantrieb herangezogen werden und wird vorzugsweise im Arbeitskreislauf stromaufwärts des Luftwärmers angeordnet.The air turbine can also be used to drive the compressor and is preferred arranged in the working circuit upstream of the air heater.

Eine zweite Brennkammer, welche Verbrennungsgase für die Turbine liefert, ist vorgesehen. Von den beiden Brennkammern erzeugt die erste ebenfalls Heißgase für die Erwärmung der Nutzdruckluft im Luftwärmer. Die erste Brennkammer, der Luftwärmer und die zweite Brennkammer sind in Reihe hintereinandergeschaltet. Alternativ kann die zweite Brennkammer unmittelbare Luft von der Verdichtereinrichtung her über eine weitere Leitung erhalten.A second combustion chamber which supplies combustion gases for the turbine is provided. The first of the two combustion chambers also generates hot gases for heating the useful compressed air in the air heater. The first combustion chamber, the air heater and the second combustion chamber are connected in series. Alternatively, the second combustion chamber can have direct air from the compressor device received via another line.

In der schweizerischen Patentschrift 244430 ist die Verwendung einer Gasturbinenanlage zum Antrieb eines Verdichters beschrieben, der einen nicht unterteilten Ausgang aufweist. Die vorliegende Erfindung unterscheidet sich von der bekannten Anlage, deren Verdichterfördermenge nicht, unterteilt wird, dadurch, daß die Fördermenge in Teilströme zerlegt wird, und bringt außerdem einen technischen Fortschritt mit sich, da bei der in der schweizerischen Patentschrift 9" 244 430 gezeigten Anlage die Heißwindmenge nicht innerhalb eines großen Bereiches geändert werden kann. Die untere Grenze des Heißwinddruckes ist abhängig von der Leerlaufdrehzahl des Verdichter-Turbinen-Satzes. Dieser Druck muß außerdem größer als der atmosphärische Druck sein, da die Entnahme für den Hochofen bei einem Druck erfolgt, der höher als derjenige der Brennluft ist. Die obere Grenze des Heißwinddruckes liegt beträchtlich unterhalb des Förderdruckes des Verdichters. Weiterhin zeigt die schweizerische Patentschrift 244 430 einen Entnahmeverdichter. Die Entnahmeluft wird durch einen Erhitzer hin^ durch und von dort nach dem Hochofen geführt, wobei keine Luftturbine im Entnahmeluftstrom vorgesehen ist. Hierdurch unterscheidet sich die Erfindung von dieser bekannten Anlage und bringt außerdem einen wesentlichen technischen Fortschritt mit sich·, da die Anpassungsfähigkeit bzw. Regelmöglichkeit im Betrieb erfindungsgemäß erheblieh größer ist als bei der bekannten Anlage. Bei einer Ausführungsform nach der schweizerischen Patentschrift 244430 muß der Druck des Heißwindes stets gleich dem Förderdruck des Verdichters sein·, welcher Druck kleinen Druckverlusten in der Er- ^iX5 hitzerschlange 16 ausgesetzt ist, und daher kann dort kein Druckheißwind erzeugt werden, der über einen großen Bereich hinweg veränderlich ist, da der Verdichter-Turbinen-Satz bei einer bestimmten Mindestdrehzahl arbeiten muß, unter- «o halb welcher der Sate nicht mehr in Betrieb gehalten werden kann und oberhalb welcher ein schlechter Wirkungsgrad erzielt wird.The Swiss patent specification 244430 describes the use of a gas turbine system for driving a compressor which has an output which is not subdivided. The present invention differs from the known system, the compressor flow rate is not divided, in that the flow rate is broken down into partial flows, and also brings with it a technical advance, since in the system shown in Swiss Patent 9 "244 430 the The lower limit of the hot blast pressure depends on the idling speed of the compressor-turbine set. This pressure must also be greater than atmospheric pressure, since the extraction for the blast furnace takes place at a pressure which The upper limit of the hot blast pressure is considerably below the delivery pressure of the compressor. Furthermore, the Swiss patent specification 244 430 shows an extraction compressor. The extraction air is passed through a heater and from there to the blast furnace, with no air turbine in the extraction air flow see is. In this way the invention differs from this known system and also brings with it a significant technical advance, since the adaptability or control possibility during operation according to the invention is considerably greater than with the known system. In one embodiment according to the Swiss Patent 244430, the pressure must of the hot blast is always equal to the delivery pressure of the compressor to be · which print small pressure losses in the ER ^iX 5 superheating coil exposed to 16, and can therefore there is no pressure hot wind generated, the large via a The range is variable, since the compressor-turbine set must work at a certain minimum speed, below which the set can no longer be kept in operation and above which a poor efficiency is achieved.

Im Vergleich zu einigen bekannten Gasturbinenanlagen, die nur Luft geringen Druckes liefern und bei denen die Gasturbinenleistung vom Ver-Compared to some known gas turbine systems that only deliver air at low pressure and in which the gas turbine power is

dichten von Brennluft und Nutzluft nicht immer ausreicht, so daß sie einen Zusatzmotor für die fehlende Kraftturbinenleistung benötigen, erzeugt die erfindungsgemäße Anlage sowohl einen wasentlieh hohen Nutzluftdruck als auch ohne zusätzliche Kraftmaschinen die erforderliche Leistung zur Verdichtung von Nutz- und Brennluft.sealing of combustion air and useful air is not always sufficient, so that they have an additional motor for the need missing power turbine power, the system according to the invention generates both a wasentlieh high useful air pressure as well as the required power without additional prime movers Compression of useful and combustion air.

Die Erfindung soll nunmehr an Hand der Zeichnung ausführlicher beschrieben werden, und zwarThe invention will now be described in more detail with reference to the drawing, namely

ίο zeigtίο shows

Fig. ι ein Kreislaufschaltbild einer Gasturbinen^ anlage mit einem Luftwärmer, der eine Niederdruckfeuerung hat,Fig. Ι a circuit diagram of a gas turbine ^ system with an air heater that has a low-pressure combustion,

Fig. 2 ein Schaltbild ähnlich demjenigen nach Fig. r, jedoch mit einem kleineren Luftwärmer,Fig. 2 is a circuit diagram similar to that of Fig. R, but with a smaller air heater,

Fig. 3 ebenfalls eine Gasturbinenanlage, die sich von denjenigen nach den Fig. 1 und 2 dadurch unterscheidet, daß zwei Brennkammern und ein mit im Feuerungs- bzw. Heißgasteil mit Überdruck3 also shows a gas turbine system which differs from those according to FIGS. 1 and 2 thereby distinguishes that two combustion chambers and one with in the furnace or hot gas part with overpressure

ao arbeitender Luftwärmer vorgesehen sind und daß eine Zumischung von Luft in der Gasturbinenanlage erfolgt, währendao working air heater are provided and that an admixture of air in the gas turbine system takes place while

Fig. 4 ein Schaltbild ähnlich. demjenigen nach Fig. 3 wiedergibt, wobei jedoch die zweite Brennkammer an eine andere Stelle gerückt ist.Fig. 4 is a circuit diagram similar. that of Fig. 3 reproduces, but with the second combustion chamber moved to another place.

Im Schaltbild nach Fig. 1 strömt Atmosphärenluft, welche durch den Strömungskompressor 1 verdichtet wird, zunächst durch die Wärmeaufr.ahmeseite eines Wärmeaustauschers 2. Strömungsabwärts davon wird die Luft in zwei Teilströme aufgeteilt, von denen der eine durch die Leitungen 3 hindurchfließt, bevor er in der Turbine 4 entspannt wird. Der andere Teilstrom fließt durch die Leitung 5 als Brennluft zur Brennkammer 6. Der erste Teilstrom wird in der Rohranlage eines Luftwärmers 7 mittelbar erwärmt, das zu erwärmende Arbeitsmittel wird getrennt vom Heißgasstfom geführt. Der Luftwärmer besteht vorzugsweise aus einer Rohrschlange oder einer Rohrschlangenanlage in einem Gehäuse, durch die die zu erwärmende Luft strömt und dabei Wärme aufnimmt, dadurch, daß Brennstoff im Gehäuse, jedoch außerhalb der Rohre verbrannt wird. Derartige Luftwärmer werden beispielsweise bei geschlossenen Gasturbinenanlagen verwendet. Die erhitzte Luft liefert bei ihrer Entspannung in der Turbine 4 Nutzleistung für den Antrieb des \^erdichters 1. Die aus der Turbine abströmende Luft wird in einer Rohranlage des gleichen oder eines weiteren Lufterwärmers ebenfalls mittelbar auf die Temperatur wiedererwärmt, welche für den Heißwind benötigt wird, der dem Hochofen od. dgl. über die Rohrleitung 8 zuströmt.In the circuit diagram according to FIG. 1, atmospheric air flows through the flow compressor 1 is compressed, initially through the heat absorption side of a heat exchanger 2. Downstream of which the air is divided into two partial flows, one of which through the Lines 3 flows through it before it is expanded in the turbine 4. The other partial stream flows through the line 5 as combustion air to the combustion chamber 6. The first partial flow is in the pipe system an air heater 7 indirectly heated, the working fluid to be heated is separated led by the hot gas form. The air heater preferably consists of a pipe coil or a coil system in a housing, through which the air to be heated flows and thereby Absorbs heat by burning fuel in the housing but outside the tubes will. Such air heaters are used, for example, in closed gas turbine systems. The heated air supplies useful power for driving the when it is expanded in the turbine 4 \ ^ sealer 1. The flowing out of the turbine Air is also indirect in a pipe system of the same or another air heater reheated to the temperature that is required for the hot wind that od the blast furnace. Like. flows in via the pipeline 8.

Der zweite Teilluftstrom, der an der Gabelung am Verdichterausgang abgezweigt ist, wird als Verbrennungsluft für die Brennkammer 6 benutzt, deren Verbrennungsgase eine Gasturbine 11 beaufschlagen, die auf der gleichen Welle wie der Luftkompressor-Luftturbinen-Satz 1, 4 sitzt. Die Abgase der Gasturbine 11 werden über eine Rohrleitung der Feuerung im Gehäuse des Luftwärmers zugeführt, wo sie Wärme abgeben. Der gegebenenfalls vorhandene Sauerstoff oder Luftgehalt der Abgase kann dann die Verbrennung unterstützen oder fördern.The second partial air flow, which is branched off at the fork at the compressor outlet, is called Combustion air used for the combustion chamber 6, the combustion gases of which act on a gas turbine 11, which sits on the same shaft as the air compressor-air turbine set 1, 4. the Exhaust gases from the gas turbine 11 are via a pipeline of the furnace in the housing of the air heater fed where they give off heat. The oxygen or air content, if any the exhaust gases can then support or promote combustion.

Die Anlage verbraucht Gichtgas vom Hochofen, welches nach erfolgter Reinigung dem Strömungsgasverdichter 9 zugeführt und von diesem verdichtet wird, um dann in die Brennkammer 6 zu gelangen und darin verbrannt zu werden. Ein besonderer Teilstrom des Gichtgases wird dem Luftwärmergehiäuse bei 19 zugeführt, wobei Frischluft zur Unterstützung oder Aufrechterhaltung der Verbrennung bei 20 zugeliefert wird. Die Rauchgase des Luftwärmers werden über die Rohrleitung 17 der Heißseite 18 des Wärmeaustauschers 2 zugeführt, in welchem sie die Gesamtluftfördermenge des Verdichters 1 vorwärmen.The system consumes top gas from the blast furnace, which, after cleaning, the flow gas compressor 9 is supplied and compressed by this in order to then reach the combustion chamber 6 and get burned in it. A special partial flow of the furnace gas is fed to the air heater housing at 19, with fresh air to support or maintain the combustion at 20. The smoke gases of the air heater are via the pipe 17 of the hot side 18 of the heat exchanger 2 supplied, in which they the total air flow rate of compressor 1.

Die Abmessungen des Luftwärmers können dadurch beträchtlich herabgesetzt werden, daß derjenige Teil fortgelassen wird, in welchem die Nutzdruckluft vor der Entspannung in der Turbine 4 erhitzt wird. Die Gesamtfördermenge des Verdichters strömt vor ihrer Aufteilung in verschiedene Teilströme durch die Wärmeaufnahmeseite des Wärmeaustauschers 2. Danach wird sie sofort auf die beiden Rohrleitungsanlagen 3 und 5 aufgeteilt. Der eine Teil des Luftwärmers ist dann nicht' mehr erforderlich. Doch hat selbst dann ein Luftwärmer, der mit Atmosphärendruck im Feuerungsteil arbeitet, stets einen großen Raumbedarf und wird damit teuer in der Herstellung und in der Errichtung. Dieser Nachteil fällt bei den abgeänderten Anlageausführungsformen gemäß den Fig. 3 und 4 fort.The dimensions of the air heater can be reduced considerably in that that part is omitted in which the useful compressed air before the expansion in the turbine 4 is heated. The total flow rate of the compressor flows into different before it is divided Partial flows through the heat absorption side of the heat exchanger 2. Then it is immediately divided between the two piping systems 3 and 5. One part of the air heater is then not necessary anymore. But even then, there is an air heater that uses atmospheric pressure in the furnace works, always a large space requirement and is therefore expensive to manufacture and in the establishment. This disadvantage does not apply to the modified ones Plant embodiments according to FIGS. 3 and 4 continue.

Aus Fig. 3 ist ersichtlich, daß der Hauptaufbau der vorbeschriebenen Anlageausführungsform zwar beibehalten wurde, daß aber die Verbrennungsgase der Brennkammer 6 nun als Wärmequelle für den Luftwärmer 7 dienen. Diese Gase stehen unter erhöhtem Druck und weisen eine höhere Temperatur auf, so daß der Luftwärmer auch im Feuerungsteil mit Überdruck arbeitet. Er kann daher bedeutend kleiner als bei den vorerwähnten Ausführungsbeispielen sein. Eine zusätzliche Brennkammer 10 ist strömungsabwärts und in Reihe mit der Brennkammer 6 und· dem Luftwärmer 7 vorgesehen.From Fig. 3 it can be seen that the main structure of the above-described system embodiment was retained, but that the combustion gases from the combustion chamber 6 are now used as a heat source for the Air heater 7 are used. These gases are under increased pressure and have a higher temperature so that the air heater also works with overpressure in the furnace. He can therefore be significantly smaller than in the aforementioned embodiments. An additional combustion chamber 10 is downstream and in series with the combustion chamber 6 and the air heater 7 intended.

Ein Luftüberschuß über diejenige Menge hinaus, welche für die Verbrennung benötigt wird, wird in die Kammer 6 gefördert, so daß weiterer gasförmiger Brennstoff, der der Kammer 10 zugeführt wird, darin verbrannt wird. Die heißen Gase sowohl aus dieser Kammer als auch aus der Kammer 6 expandieren in der Turbine 11. Die Abgase dieser Turbine durchströmen den Wärmeaustauscher 2.An excess of air beyond the amount that is required for the combustion is in the Chamber 6 promoted so that further gaseous fuel, which is supplied to the chamber 10, therein is burned. The hot gases both from this chamber and from chamber 6 expand in the turbine 11. The exhaust gases from this turbine flow through the heat exchanger 2.

Um eine Verbesserung bei Teillast der Anlage zu erzielen, ist eine Nebenleitoing 12 vorgesehen. Durch diese kann ein weiterer Teilluftstrom vom Luftverdichterausgang abgezweigt und entweder der Brennkammer 10 oder sofort strömungsabwärts davon der Treihgasleitung der Gasturbine 11 zugeführt werden. Die letztere Anordnung ist dargestellt. Der Nebenschlußstrom wird durch das Ventil 13- eingeregelt, so daß die Menge der Verdünnungs.- oder Mischluft durch diese VerbindungIn order to achieve an improvement when the system is under partial load, a secondary line 12 is provided. Through this, a further partial air flow can be branched off from the air compressor outlet and either the combustion chamber 10 or immediately downstream therefrom of the twin gas line of the gas turbine 11 are supplied. The latter arrangement is shown. The bypass flow is regulated by valve 13- so that the amount of dilution. or mixed air through this connection

Claims

can be made larger or smaller through it.

The embodiment according to FIG. 4 has been modified somewhat, as the second combustion chamber, here designated by ΐσ ₀ , is removed from the direct flow path of the gases from the combustion chamber 6 via the air heater γ to the turbine 11 and instead in the side ¹ line 12 is arranged. The fuel gases and any excess air are transmitted to the inlet of the gas turbine ii as before.

., A plant according to either Figure 3 or Figure 4 can be operated so that the connection 12 wide open maintained: is and that the Combustion chamber 10 or io ₀ is not in operation, when the system is operated under partial load, but if the temperature of the Hot wind "should be kept at a high value, for example 650 ^° C. If mixed air is not mixed with the propellant gas of the turbine 11 in this way, then the gases which leave the combustion chamber 6 are at a higher temperature than they are from the Turbine 11. The mixed air lowers the temperature of the gases which act on the turbine 11 ^- 5 to a value that can be easily adjusted by means of the valve 13. At full load, both combustion chambers 6 and 10 or io _a simultaneous m operation.

In any case, an additional adaptability or control possibility is achieved because the temperature of the chamber 10 or io _{a is made} independent of that of the chamber 6. In addition, at partial load there is no quantitative equilibrium between gas and air in the air heater 7, which can be restored by the regulated or controlled air flow through the connection 12. An additional advantage, which occurs at part load, is that when air is diverted from the air heater, the compressor losses on the gas side of the preheater are reduced so that the thermal efficiency of the system can be kept at a higher value, such as otherwise this would be the case.

A further improvement in the efficiency of the system according to FIGS. 3 and 4 can thus be achieved be achieved that the Luftzuführungsleitüng 3 via a special heating coil or snake is guided in the air heater before the inlet into the air turbine 4.

The arrangement of two turbines 4 and 11 is a considerable improvement in this respect reached when the working pressure of the gas turbine 11 is practically independent of the pressure, which for the compressed air in the extraction line 8 is required. Hence it is possible to use the facility with a low · hot blast pressure in this nozzle! 8 to operate !, and the gas turbine 11 can also be operated with an optimal pressure ratio.

Compared with previously known systems, both embodiments according to FIGS. 3 and 4 have considerable advantages. For example, only the required air flow rate needs to be sent through the air heater, and in both cases the furnace or heating side of the air heater is also under overpressure. As a result, the dimensions ^{1 of} the air heater are considerably reduced compared to other embodiments. Because an air heater with overpressure is used on the combustion or heating side, all conveying systems for conveying the combustion mixture are superfluous. In both embodiments, the gas turbine is driven directly by the combustion gases, and its exhaust gases flow directly via the heat exchanger to the exhaust end. In the embodiment according to FIGS. 3 and 4, the maximum temperature in front of the turbine can be set by means of the combustion chambers of 10 or io _tt independently of the temperature of the hot gases acting on the air heater. The amount of useful compressed air which flows out through the nozzle 8 is approximately equal to the amount of exhaust gas, so 8§ that a higher thermal efficiency than was previously possible is achieved.

The heat supply to the combustion chamber of gas turbine systems can be easily changed by regulating the amount of fuel. Such a one Regulation is also applied to the system described above.

PATECTANAL SEARCH:

i. Gas turbine plant for the generation of a Qg continuous flow of hot compressed air, e.g. B. a blast furnace hot wind, consisting of a Flow compressor device, the delivery rate of which into different streams downstream is divided, from a continuously operated indirect air heater for heating of a partial air flow that is taken from the system as hot useful compressed air a heat source for the air heater, from at least one combustion chamber, which through the other partial air flow is supplied with combustion air, and from a gas turbine in which the combustion gases from the combustion chamber are relaxed and which drives the compressor, characterized in that a useful air turbine is provided, in which the useful pressure vent to a pressure which is considerably below the pressure of the combustion air is relaxed, and that the division of the compressed air into different partial flows ng is made between the compressor and the gas turbine.

2. Gas turbine system according to claim I _5, characterized in that the air turbine is used to drive the compressor. isto

3. Gas turbine plant according to claim 2, characterized in that the air turbine is arranged upstream of the air heater.

4. Gas turbine plant according to claim 3, da- 19g characterized in that two combustion chambers

are provided, which provide both combustion gases for the gas turbine, and that only which supplies the first hot gases to heat the air heater.

5. Gas turbine plant according to claim 4, characterized in that the first combustion chamber, the air heater and the second combustion chamber arranged in series one behind the other are.

6. Gas turbine plant according to claim 4, characterized in that in the second combustion chamber a direct air supply line opens from the compressor device.

Considered publications:

German Patent No. 627514; Swiss patents Nos. 271 740, 430, 243 686, 228 288;

Brown Boveri Mitteilungen, 1943, pp. 369, 370, and 1941, pp. 242, 243;

Stahl und Eisen, Vol. 61, 1941 No. 19, p. 465 to 473.

1 sheet of drawings

® 6W 656/253 9.56- (ZB9 654/22 -11.58)